Comunicação sem fio mantendo o ritmo com as tecnologias de última geração ( wireless)
Para acompanhar as novas tecnologias, a Inteligência Artificial e o espectro 5G, as tecnologias sem fio também estão sendo atualizadas. Aqui está uma olhada no que está acontecendo nas áreas de comunicação de curto e longo alcance.
Para um mundo conectado, precisamos de vários dispositivos de comunicação sem fio de curto e longo alcance para solucionar desafios como controle de poluição, gerenciamento de desastres, monitoramento de infraestrutura, gerenciamento de recursos e gerenciamento de resíduos. A comunicação sem fio de curto alcance pode transferir dados de alguns centímetros a vários metros. Algumas tecnologias que suportam comunicação sem fio de curto alcance são Bluetooth, Wi-Fi, NFC (Near-Field Communication) e Zigbee.
A comunicação sem fio de longo alcance usa sinais que viajam de alguns a vários milhares de quilômetros. Algumas tecnologias que suportam comunicação sem fio de longo alcance são transmissão de rádio, comunicação via satélite e LoRaWAN.
Bluetooth
O Bluetooth substitui os cabos entre diferentes dispositivos eletrônicos para a comunicação entre eles, estabelecendo uma rede de área pessoal. Pode transmitir áudio, vídeo, imagens ou documentos em alta velocidade, dentro do alcance de cinquenta metros. Na sua configuração, um dispositivo opera como mestre e um ou mais dispositivos funcionam como escravos para enviar e receber dados.
O Bluetooth 5 é a versão mais recente desta tecnologia. Consome pouca energia e transfere dados à velocidade de 2 Mbps. Emprega a técnica de modulação Gaussian Frequency Shift Keying (GFSK) sobre o espectro de 2,4 GHz a 2,483 GHz.
Ele permite chamadas telefônicas no modo mãos-livres com um fone de ouvido celular sem fio, alto-falante ou sistema de áudio do carro. É amplamente utilizado para estabelecer uma conexão sem fio entre um telefone celular ou computador e outros dispositivos eletrônicos, incluindo mouse, teclado, impressora, câmera digital, alto-falante, etc.
A versão Bluetooth 5 oferece duas interfaces para os dispositivos da Internet das Coisas (IoT): uma para operação de baixa energia para transmitir menos dados em distâncias muito maiores e a outra para transmitir o dobro dos dados em um intervalo menor.
O Bluetooth 5 permite que os usuários reproduzam áudio em dois dispositivos conectados ao mesmo tempo. As pessoas podem enviar áudio para várias salas da casa, criar efeito estéreo em um espaço ou compartilhar áudio entre dois conjuntos de fones de ouvido.
Outra área na qual o Bluetooth 5 adiciona melhorias é a tecnologia Beacon; empresas como o varejo podem transmitir mensagens para clientes em potencial próximos com ofertas ou anúncios. As pessoas podem desativar essa funcionalidade desativando os serviços de localização e verificando as permissões de aplicativos para lojas de varejo.
A tecnologia Beacon também pode facilitar a navegação interna, como em um aeroporto ou shopping center, além de facilitar o rastreamento do estoque pelos armazéns.
Wi-Fi
Uma configuração de Wi-Fi consiste em um roteador sem fio que vincula muitos dispositivos a uma conexão com a Internet, dependendo da configuração do roteador. O Wi-Fi 6, também conhecido como 802.11ax Wi-Fi, é o padrão de última geração em tecnologia Wi-Fi. Utiliza bandas de 2,4 GHz e 5 GHz e fornece taxa de transferência de dados de 9,6 Gbps.
Com sua técnica 1024-QAM (modulação de amplitude quadrática), cada símbolo carrega dez bits em vez de oito bits, melhorando a velocidade bruta em 25% em comparação com o 802.11ac 256-QAM. Existem duas tecnologias principais que aprimoram a eficiência e aceleram as conexões Wi-Fi 6: saídas múltiplas multiusuário e múltiplas entradas (MU-MIMO) e acesso múltiplo ortogonal por divisão de frequência (OFDMA).
Se assumirmos uma conexão Wi-Fi como uma série de caminhões de entrega que entregam pacotes de dados para dispositivos, com OFDMA cada caminhão pode entregar várias parcelas para vários dispositivos simultaneamente, melhorando a eficiência para uploads e downloads. Sua técnica 8 × 8 MU-MIMO permite mais de oito fluxos disponíveis para streaming, download, torrent, reprodução de realidade virtual / realidade aumentada (VR / AR), jogos on-line massivamente para vários jogadores ou role-playing games.
O recurso de tempo de ativação desejado permite que os dispositivos decidam quando e com que frequência serão ativados para enviar ou receber dados, aumentando assim o tempo de suspensão do dispositivo e melhorando a vida útil da bateria de dispositivos móveis e IoT. A cor da estação de serviço base marca os quadros das redes vizinhas para ignorar a interferência das redes sem fio dos vizinhos.
O Wi-Fi 6 oferece uma distância de comunicação de cerca de cem metros, tornando-o adequado para conectividade de qualidade em locais com centenas ou milhares de dispositivos conectados, como estádios e outros locais públicos, além de redes corporativas que utilizam largura de banda sensível ao tempo e alta velocidade. aplicativos de baixa latência. Os dispositivos Wi-Fi 6 operam com eficiência nas configurações de conectividade mais densas e dinâmicas, como aeroportos e estações ferroviárias. Ele fornece melhores recursos de segurança com o mais recente Wi-Fi Protected Access 3 (WPA3).
Comunicação de campo próximo
A NFC é frequentemente usada para aplicativos de pagamento seguros, passes rápidos, compartilhamento de informações e aplicativos de cobrança sem fio. Opera na frequência ISM de 13,56 MHz com um alcance máximo de cerca de dez centímetros. Isso fornece uma conexão mais segura, que geralmente é criptografada. Uma etiqueta NFC embutida permite que telefones, tablets, laptops e outros dispositivos compartilhem dados facilmente com outros dispositivos equipados com NFC.
O NFC evoluiu da tecnologia de identificação por radiofrequência (RFID). Ele usa etiquetas pequenas e planas que podem ser anexadas a qualquer coisa e usadas para identificação, localização, rastreamento e gerenciamento de inventário. Quando uma unidade de leitor está próxima, transmite um sinal de RF de alta potência para a etiqueta e lê os dados armazenados na memória.
A NFC pode ser usada para pagamentos móveis e como alternativa aos cartões de crédito. Também permite transferir dados entre dois dispositivos habilitados para NFC. Com o NFC, uma conexão é iniciada automaticamente quando outro dispositivo NFC entra no intervalo especificado anteriormente. Uma vez dentro do alcance, os dois dispositivos se comunicam instantaneamente e enviam avisos ao usuário para iniciar pagamentos móveis, compartilhamento de dados ou carregamento sem fio.
O modo de carregamento sem fio NFC permite a transferência sem contato de energia de até 1 W para dispositivos pequenos, como fone de ouvido Bluetooth, rastreador de fitness ou smartwatch e outros dispositivos IoT.
Zigbee
O Zigbee é um protocolo de comunicação sem fio padrão que define as camadas físicas e de controle de acesso à mídia (MAC) para lidar com muitos dispositivos com baixas taxas de dados. Ele usa o transceptor 802.15.4 como base e opera nas frequências de 868MHz, 902MHz a 928MHz e 2,4GHz. Ele pode criar grandes redes de malha para monitoramento e controle de dispositivos, manipulando até 65.000 nós. Ele também pode suportar vários tipos de redes de rádio, como ponto a ponto e ponto a multiponto. Ele pode transferir dados sem fio a uma distância de até cem metros a uma velocidade de 250kB / s.
A tecnologia Zigbee é mais adequada para o consumo de baixa latência e baixa energia em larguras de banda mais baixas. Ele pode transferir dados de dois modos: farol e não farol. Quando não há comunicação de dados dos dispositivos finais, coordenadores e roteadores no modo beacon entram no estado de suspensão.
Aqui, os coordenadores são responsáveis por iniciar e gerenciar dispositivos pela rede. Eles acordam após intervalos regulares e transmitem beacons para os roteadores na rede. Assim, eles operam quando as necessidades de comunicação resultam em ciclos de trabalho mais baixos e maior uso da bateria.
No modo não beacon, coordenadores e roteadores monitoram continuamente o estado ativo dos dados recebidos e, portanto, consomem mais energia.
O Zigbee pode ser usado para uma variedade de aplicações, incluindo monitoramento remoto de pacientes, iluminação sem fio e medidores elétricos, sistemas de gerenciamento de tráfego, automação industrial, automação residencial e monitoramento de redes inteligentes. O monitoramento de rede inteligente envolve monitoramento remoto de temperatura, localização de falhas, gerenciamento de energia reativa e assim por diante.
Também ajuda os varejistas a operar com mais eficiência, apoiando práticas de inventário just-in-time, além de monitorar temperaturas, umidade, derramamentos e assim por diante.
O Zigbee 3.0 mais recente, desenvolvido com base no padrão Zigbee existente, unifica o aplicativo específico do mercado para permitir que todos os dispositivos sejam conectados sem fio na mesma rede.
Um esquema de certificação Zigbee 3.0 garante a interoperabilidade de produtos de diferentes fabricantes e a criptografia AES de 128 bits para conexões de dados seguras.
Transmissão de RF e SDR
RF é uma forma de transmissão eletromagnética, variando de 3kHz a 300GHz. É usado na comunicação sem fio devido à sua propriedade de penetrar nos objetos e percorrer longas distâncias. O alcance da comunicação depende do comprimento de onda, potência do transmissor, qualidade do receptor e tipo, tamanho e altura da antena.
O RF usa uma seção do transmissor seguida por uma antena transmissora, responsável pela transmissão do sinal sem fio. Este sinal transmitido é recebido pela antena receptora, amplificado e desmodulado em relação ao sinal original. Essa tecnologia é amplamente usada em comunicações militares, comunicações pessoais, transmissão de rádio e comunicações nos locais de trabalho.
O rádio definido por software (SDR) é um sistema de radiocomunicação que utiliza software para implementar componentes que foram implementados na unidade transmissora / receptora de hardware em um computador ou sistema embutido. O SDR usa o software para executar muitas das funções básicas de sinais como mixagem, amplificação, filtragem, modulação / desmodulação, detecção, etc.
O software é fácil de reconfigurar e pode ser usado em várias plataformas. Usando o poder do processamento digital, o SDR está sendo usado para diferentes aplicações em diversas áreas. O software é usado para alterar a configuração do rádio ou atualizar de acordo com a função necessária em um determinado momento.
É possível aplicar alterações a qualquer padrão e até adicionar novas formas de onda apenas com a atualização do software e sem a necessidade de alterações no hardware. Isso pode ser feito remotamente, proporcionando uma economia considerável de custos. Também é possível reconfigurar rádios e alterar seu desempenho atualizando o software.
Comunicação via satélite
As microondas são uma forma de transmissão eletromagnética usada em sistemas de comunicação sem fio. O comprimento de onda das microondas varia de um metro a um milímetro. A frequência varia de 300 MHz a 300 GHz. Estes são amplamente utilizados para comunicação de longa distância e são relativamente mais baratos. Os dispositivos que utilizam a tecnologia de satélite permitem que os usuários permaneçam conectados sem fio de qualquer lugar da Terra.
A comunicação via satélite consiste em segmentos espaciais e terrestres. O sinal enviado ao satélite através de um dispositivo (telefone via satélite) é amplificado pelo satélite e enviado de volta à antena do receptor, localizada na Terra.
Esforços estão sendo feitos para alavancar os benefícios da tecnologia para a melhoria da humanidade. Iniciativas importantes adotadas pela Organização Indiana de Pesquisa Espacial para o desenvolvimento social incluem programas de teleducação, teled medicina, centro de recursos da vila e sistema de gestão de desastres. O potencial da tecnologia espacial para aplicações de desenvolvimento nacional e transmissão televisiva é enorme.
Os serviços fixos de satélite oferecem suporte à conectividade internacional da Internet com redes privadas de negócios. Os serviços móveis de satélite que usam uma variedade de equipamentos transportáveis de receptor e transmissor fornecem serviços de comunicação para clientes móveis terrestres, marítimos e aeronáuticos. Os serviços de transmissão via satélite (BSS) oferecem alta potência de transmissão para recepção usando equipamentos terrestres muito pequenos.
LoRaWAN
A tecnologia Long Range (LoRa) foi projetada para conectar coisas sem fio com bateria à Internet em redes regionais, nacionais ou globais. Possui grande potencial em cidades inteligentes, casas e prédios inteligentes, agricultura inteligente, medição inteligente, cadeia de suprimentos e logística inteligentes e muitas outras aplicações.
O LoRa conecta dispositivos com até quinze quilômetros de distância em áreas rurais e penetra em densos ambientes urbanos ou em ambientes internos profundos. Isso requer energia mínima, com uma vida útil prolongada da bateria de até dez anos, minimizando os custos de substituição da bateria.
O LoRa possui criptografia AES128 de ponta a ponta, autenticação mútua, proteção de integridade e confidencialidade. A modulação LoRa é baseada na tecnologia de espectro de dispersão Chirp, que o faz ter um bom desempenho com desbotamento de caminhos múltiplos, ruído de canal e efeito Doppler, mesmo em baixa potência. O LoRaWAN para redes de área ampla pode usar canais com largura de banda de 125kHz, 250kHz ou 500kHz, dependendo da região ou do plano de frequência.
